Тракт обработки сигналов ЦРПУ

2
1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Тракт обработки сигналов ЦРПУ» является дисциплиной вариативной части
профессионального цикла в подготовке бакалавров.
Целью настоящей дисциплины является ознакомление студентов с видами ЦРПУ и их
особенности.
Задачи дисциплины: Особенности применения основных принципов построения аналогового
тракта ЦРПУ.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Тракт обработки сигналов ЦРПУ» входит в профессиональный цикл
(вариативная часть) подготовки бакалавров.
Бакалавр, начинающий изучение дисциплины «Тракт обработки сигналов ЦРПУ», должен знать изученные им ранее
дисциплины «Цифровое телевидение», Статистическая теория радиотехнических систем
Устройства приема и обработки сигналов
Последующие дисциплины: «Устройства генерирования и формирования
сигналов»,Радиотехнические системы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
3.1. В результате освоения дисциплины «Тракт обработки сигналов ЦРПУ» должны быть
сформированы следующие компетенции:
а) готовностью выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств
радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств
автоматизации проектирования (ПК-10);
б) способностью выполнять математическое моделирование объектов и процессов по типовым
методикам, в том числе с использованием стандартных пакетов прикладных программ (ПК-19);
3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными
компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим
модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной
деятельности:
- Знать:
З.1. Знает виды ЦРПУ и их особенности. Структурные схемы. Функциональное назначение
основных блоков. Аналоговая обработка сигнала в ЦРПУ
Умеет
У.1.решать задачи влияние характеристик прецизионных устройств на параметры аналогового
тракта и аналого-цифрового преобразователя ЦРПУ
Владеет
!.2. методикой цифровой обработки сигналов в ЦРПУ
3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.
Компетентностная модель дисциплины
Проектируемые результаты освоения
дисциплины «Тракт обработки сигналов
Средства и
Индекс
ЦРПУ» и индикаторы формирования
технологии
компетенции
компетенций
оценки
Знания (З) Умения (У)
Навыки (В)
Технологии
формирования
компетенции
3
ПК-10
+
+
ПК-19
+
+
экзамен,
контрольные
работы, устный
опрос, ДЗ
экзамен,
контрольные
работы, устный
опрос, ДЗ
6.1.1 – 6.1.3
6.1.1 – 6.1.3
4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах
Очная форма обучения
Вид занятий
Всего
Семестры
(час./
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
зач.ед. )
Всего аудиторных занятий:
48
48
Лекции
12
12
Практические занятия
12
12
Лабораторные работы
24
24
Самостоятельная работа:
168
16
8
Самостоятельное изучение материала дисциплины
и подготовка к зачетам
Курсовая работа
Домашнее задание
10
10
Проработка лекций
122
12
2
Количество часов на экзамен
36
36
Всего по дисциплине
216
21
6
Вид аттестации за семестр (зачет,
экз
экз
дифференцированный зачет, экзамен)
5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий
5.1.Содержание дисциплины по модулям
5.1.1 Виды ЦРПУ и их особенности.
5.1.2.Аналоговая обработка сигнала в ЦРПУ.
5.1.3.Характеристики АЦП и их влияние на параметры ЦРПУ.
5.1.4.Цифровые понижающие преобразователи.
1
Содержание модулей
Модуль 1. Дискретизация и восстановление непрерывных сигналов.
Введение. Виды ЦРПУ и их особенности. Структурные схемы.
Функциональное назначение основных блоков
.
Дискретное преобразование Фурье. Z - преобразование и его свойства.
Обратное Z - преобразование
Форма
обучения
О
Л
Л, С
Л, С
4
2 Модуль 2.
. Аналоговая обработка сигнала в ЦРПУ. Селекция и гетеродирование.
Особенности применения основных принципов построения аналогового тракта
ЦРПУ. Аналого-цифровое преобразование в ЦРПУ.
3 Модуль 3..
. Источники опорного напряжения и генераторы опорного колебания. Влияние
характеристик прецизионных устройств на параметры аналогового тракта и
аналого-цифрового преобразователя ЦРПУ.
Методы решения аппроксимационных задач. Синтез рекурсивных цифровых
фильтров во временной и частотной областях. Расчет фильтров с
ограничениями на временные и частотные характеристики.
4 Модуль 4.
Л, С
Л, С
Л, С
Структура и характеристики. Цифровая обработка сигналов в ЦРПУ
Л
5.2. Содержание лабораторных и практических занятий
5.2.2. Содержание лабораторных и практических работ
Цель лабораторных и практических работ – закрепление теоретических знаний обработки
сигналов ЦРПУ» методах и способах цифровой обработки сигналов. Лабораторные работы
выполняются группой. За период обучения студент выполняет 4 лабораторные работы и 4
практические работы из предложенного перечня в соответствии с графиком, разработанным для
каждой бригады.
1
2
3
4
Содержание лабораторных работ
Модуль 1. Дискретизация и восстановление непрерывных сигналов.
Дискретизация и восстановление сигналов.
Модуль 2. Цифровые фильтры. Основы синтеза цифровых фильтров.
Проектирование цифровых фильтров.
Модуль 3. Быстрое преобразование Фурье.
Дискретное преобразование Фурье.
Модуль 4. Аппаратные средства цифровой обработки сигналов.
Способы изменения частоты дискретизации.
Содержание практических работ
Модуль 1. Дискретизация и восстановление непрерывных сигналов.
Интерполяция и децимация цифровых сигналов.
Модуль 2. Цифровые фильтры. Основы синтеза цифровых фильтров.
Цифровая модуляция и демодуляция.
Модуль 3. Быстрое преобразование Фурье.
Квадратурная обработка сигналов.
Модуль 4. Аппаратные средства цифровой обработки сигналов.
Аппаратные средства цифровой обработки сигналов.
О
+
+
+
+
О
+
+
+
+
6. Образовательные технологии.
6.1.Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Тракт обработки сигналов
ЦРПУ» используются следующие образовательные технологии:
6.1.1. Информационно-развивающие технологии.
6.1.2. Деятельностные практико-ориентированные технологии
6.1.3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии
5
Методы
Метод IT
Работа в команде
Case-study
Проблемное обучение
Контекстное
обучение
Обучение на основе
опыта
Индивидуальное
обучение
Междисциплинарное
обучение
Опережающая
самостоятельная
работа
Лекции
Лабораторные
работы
+
+
СРС
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6.2.Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об
использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения
учебных занятий»)
№
1
Семестр,
модуль
Модуль 1
2
Модуль 2.
3
Модуль 3
4
Модуль 4
Применяемые технологии интерактивного обучения
Лабораторный практикум. Интерактивный метод –
«Inter». Работа в команде.
СРС. Проблемное обучение
Лабораторный практикум. Интерактивный метод –
«Inter». Проблемное обучение.
СРС. Опережающая самостоятельная работа
Лабораторный практикум. Интерактивный метод –
«Inter». Контекстное обучение.
СРС. Индивидуальное обучение
Лабораторный практикум. Интерактивный метод –
«Inter». Обучение на основе опыта.
СРС. Обучение на основе опыта
ИТОГО
Кол-во
часов
3
3
3
2
11
Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с
учебным планом)
Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и
практических знаний, развитие навыков практической работы.
7.
7.1.
Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах
Вид СРС
Количество часов
Семестры
6
6
1. Самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск
и обзор литературы и электронных источников; чтение и
изучение учебника и учебных пособий.
2. Подготовка к лабораторным занятиям, оформление отчетов к
лабораторным работам
3. Выполнение домашнего задания, оформление отчетов по ДЗ.
4. Подготовка к экзамену
ИТОГО по дисциплине
60
62
15
36
168
7.2. Темы домашнего задания ( по выбору и вариантам ниже перечисленных тем)
- Аналоговая обработка сигнала в ЦРПУ.
- Аналого-цифровое преобразование в ЦРПУ.
8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины
К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Тракт обработки сигналов ЦРПУ»
могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители базовых предприятий
радиотехнического профиля.
8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств
по дисциплине»)
Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных
компетенций.
Фонд оценочных средств по дисциплине «Тракт обработки сигналов ЦРПУ» включает:
- экзаменационные билеты;
- экзаменационные вопросы;
- вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ;
- вопросы к итоговому заданию по лабораторному практикуму;
- задания для проведения занятий в интерактивной форме
Оценка качества освоения программы дисциплины «Тракт обработки сигналов ЦРПУ»
включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую
аттестацию.
Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества
учебного процесса.
8.2. Контрольные вопросы по дисциплине
Модуль 1.
1. Какие преобразования сигналов имеют место в системе цифровой обработки аналоговых
сигналов?
2. Что такое дискретный сигнал и дискретная последовательность?
3. В чем заключаются взаимосвязь и отличие спектров дискретного и аналогового сигналов?
4. Можно ли по известному спектру дискретного сигнала найти спектр соответствующего ему
аналогового сигнала?
5. Как по известному спектру аналогового сигнала определить спектр соответствующего ему
дискретного сигнала?
6. Что такое апертурная погрешность УВХ и АЦП?
7. Как изменяется спектр сигнала при цифроаналоговом преобразовании?
8. Как зависят искажения восстановления сигнала от частоты
дискретизации и максимальной частоты его спектра в основной полосе?
Модуль 2.
1. В соответствии с каким алгоритмом осуществляется обработка сигнала рекурсивным цифровым
фильтром?
7
2. Как определяется импульсная характеристика цифрового фильтра, какие цифровые фильтры
называют фильтрами БИХ и КИХ-типа?
3. Какой смысл имеют коэффициенты нерекурсивных цифровых фильтров?
4. Возможна ли практическая реализация рекурсивных фильтров на основе дискретной временной
свертки?
5. Как определяется Z-преобразование дискретных последовательностей, каковы его основные
свойства и какую роль оно играет в теории цифровых фильтров?
6. Как определяются передаточная функция и частотная характеристика цифрового фильтра и
какова их связь с его импульсной характеристикой?
7. В чем особенности частотных характеристик цифровых фильтров и чем они обусловлены?
8. Как определяется передаточная функция рекурсивного фильтра по его разностному уравнению?
9. Какой вид имеет нуль-полюсная форма передаточной функции рекурсивного фильтра и каково ее
практическое значение?
10. Как отображаются нули и полюсы цифрового фильтра на комплексной Z-плоскости и какую
информацию о фильтре можно получить по картине его нулей и полюсов?
11. Какие возможны формы реализации рекурсивных фильтров и как они описываются
математически?
12. Каковы структура и математическое описание прямой и канонической форм реализации
рекурсивных звеньев второго порядка?
13. Какова связь между коэффициентами и нулями . полюсами для каскадной и параллельной форм
реализации РФ?
Модуль 3.
1. В чем заключается и как проявляется наложение спектров при дискретизации сигналов?
2. Из каких условий выбирается частота дискретизации аналоговых сигналов?
3. Каким образом могут быть уменьшены искажения, связанные дискретизацией сигнала?
4. Покажите, как преобразуется спектр периодического сигнала при дискретизации с частотой,
меньшей частоты сигнала?
Какова структура и математическое описание нерекурсивного фильтра на основе ДВС?
5. Каково условие линейности фазочастотной характеристики нерекурсивного фильтра?
6. Какой объем вычислительных операций выполняется в рекурсивном и нерекурсивном фильтрах
при обработке одного отсчета сигнала?
7. Как аналитически может быть найден отклик рекурсивного и нерекурсивного фильтров на
заданное входное воздействие?
8. Покажите, как найти отклик рекурсивного и нерекурсивного фильтров на сигнал типа единичный
скачок в соответствии с алгоритмами обработки, которые они реализуют?
Модуль 4.
1. Какова математическая модель квантования сигнала по уровню, т. е. алгоритм преобразования
дискретного сигнала в дискретный квантованный?
2. Как определяется погрешность квантования дискретного квантованного сигнала?
3. Каков алгоритм преобразования дискретного квантованного сигнала в цифровой (алгоритм
цифрового кодирования)?
4. При каком условии цифровой и дискретный сигналы математически адекватны?
5. Как выражаются погрешности квантования для цифрового сигнала, представленного в дробном
формате?
6. Как определяется автокорреляционная функция и спектральная плотность шума квантования
АЦП?
7. Из каких условий выбирается необходимая разрядность АЦП?
8. На сколько изменяется отношение мощности сигнала к мощности шума квантования при
увеличении разрядности АЦП на 1 бит?
8
9. Ресурсное обеспечение дисциплины.
9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины
9.1.2.Технические средства обучения и контроля.
9
10